锰催化可见光连续流聚合，精准合成聚合物新突破

更新时间：2025-12-12 点击次数：22

在聚合物合成领域，“连续流技术”一直是规模化、精准化生产的核心方向——它能实现快速混合、高效传热，让反应更可控、更稳定。但提到“阳离子聚合”与连续流的结合，科研人往往头疼不已：传统方法不仅要低温冷却、严格除杂，还依赖昂贵且敏感的催化剂，操作复杂到让人望而却步。
直到近期，苏州大学与华威大学的联合团队带来了突破：他们将锰催化可见光诱导阳离子RAFT聚合成功拓展至连续流系统，实现了“室温操作、无需纯化、精准可控”的聚合物合成，相关成果发表在聚合物领域顶刊，为连续流聚合技术的工业化应用打开了新大门！

一、传统连续流阳离子聚合：难在哪？

在这项研究之前，连续流阳离子聚合一直面临三大“卡脖子”问题：

1. 条件苛刻：必须在低温下进行（需提前冷却单体和引发剂，反应全程置于冷浴中），能耗高且操作复杂；

2. 催化剂敏感：常用的Lewis酸催化剂极易受潮失效，对反应环境要求非常苛刻；
3. 可控性差：难以兼顾高转化率与窄分子量分布（MWD），聚合物结构精准度不足。这些痛点让连续流阳离子聚合虽有潜力，却始终难以普及。而苏州大学朱健教授、华威大学Sébastien Perrier教授团队的研究，恰好精准解决了这些难题！
二、核心突破：锰催化+可见光，连续流也能“温和高效”

团队的核心创新，是将之前开发的“锰催化可见光阳离子RAFT聚合”体系，成功嫁接到连续流反应器中。
这套体系的优势的的“天生适配”连续流：
- 催化剂够给力：采用商用可得的溴化五羰基锰（Mn(CO)₅Br）作为光催化剂，地球丰产金属制备，成本低且稳定性强，无需惰性氛围保护，在空气中就能稳定工作；
- 反应条件够温和：全程室温（25℃）操作，单体无需严格纯化，也不用除氧，告别低温冷浴和复杂预处理；
- 聚合机理够可控：可见光（蓝光LED）诱导催化剂分解，生成活性物种引发聚合，通过RAFT机理实现链增长的精准调控，从根源上保证聚合物的窄分布特性。简单说：这套体系把“娇气”的阳离子聚合，变成了“皮实耐用”的连续流工艺，门槛直接拉低！
三、关键装置：这个“光驱动连续流反应器”长啥样？
为了实现高效聚合，团队设计了一套结构简洁却功能强大的连续流装置（如图1所示），核心部件一目了然： 1. 反应通道：采用PTFE微反应器（内径1mm，体积1mL），PTFE材质化学惰性强，不与反应体系相互作用，且传热效率高，能快速导出反应热；
2. 光源系统：围绕反应器装配129个低能量蓝光LED（波长440nm），光强可调节（3.7-38.7 mW·cm⁻²），确保光照均匀覆盖反应通道；
3. 驱动与收集：通过样品注射泵控制反应液流速，反应后直接收集产物，全程开放式操作，无需复杂密封。这套装置的优势在于“简单易复刻”——没有复杂的组件，普通实验室也能搭建，为后续推广奠定了基础！

图1 连续光化学设备装置图
四、实测数据：可控又灵活，光强说了算！
团队对连续流聚合进行了系统测试，结果堪称“完美”：
1. 不同流率下，始终保持高可控性实验中，团队调节反应液流速（0.015-0.04 mL/min），对应反应时间22-57分钟，结果发现：

- 转化率随反应时间延长稳步提升：流率0.015 mL/min时，转化率高达82.0%； - 所有产物均保持窄分子量分布（Ɖ<1.2），实测分子量与理论值高度吻合（如流率0.015 mL/min时，Mn,SEC=10300 g/mol，Ɖ=1.12）；
- 即使在高转化率下，聚合物链端保真度依然良好，支持后续链延伸反应。这意味着：无论生产效率快慢，都能稳定产出结构均一的聚合物，工业化应用潜力巨大！
2. 光强“一键调控”分子量，还能可逆！
更让人惊喜的是，这套系统实现了分子量的精准 temporal 控制：
- 固定流率（0.03 mL/min），将光强从3.7 mW·cm⁻²提升至38.7 mW·cm⁻²，聚合物分子量从6100 g/mol逐步升高至10100 g/mol；
- 再将光强回调至3.7 mW·cm⁻²，分子量又能降至6000 g/mol左右，调控可逆且精准。
五、这项技术，到底牛在哪？
对比传统连续流阳离子聚合，这项技术的优势堪称“降维打击”：

除此之外，它还兼具“批量聚合”与“连续流聚合”的双重优势：既能在实验室小试中快速优化条件，又能直接放大至工业化生产，实现“从小试到量产”的无缝衔接。

六、未来可期：不止于聚合，更是合成新范式
这项研究的意义，远不止开发一种新的连续流工艺：
- 为“阳离子聚合+连续流”提供了温和、可控的解决方案，打破了传统技术的局限；
- 光强调控的灵活性，为精准合成不同分子量的聚合物提供了“一键切换”的可能；

- 计算机可控的光强调节，有望与AI算法结合，实现“按需设计-自动合成”的智能聚合物制备。
结语
布瑞利斯凭借成熟的工业级连续光化学案例，针对维生素生产开发的管式反应器通过精准光强控制，使产物收率提高 15%-25%，产能较传统设备提升 3-5 倍。为某医药企业设计的连续釜式光反应器将中间体反应时间从 12 小时缩短至 2 小时，产率从 35% 提升至 60%，年产能达 500 吨。这些案例均体现了布瑞利斯技术的核心优势：PLC 智能控制（参数波动≤±1%）、高透光石英材质（光照透过率 95%）、模块化设计（支持多釜串联 / 并联），以及绿色环保特性（能耗降低 40%，减少重金属催化剂使用）。截至 2025 年，布瑞利斯已与华润双鹤、浙江新和成等企业建立合作，推动连续光化学技术在医药、新能源、环保等领域的规模化应用。

参考文献：Jiajia Li et al., Manganese-Catalyzed Batch and Continuous Flow Cationic RAFT Polymerization Induced by Visible Light, Polym. Chem. & WRAP.

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